适用于X射线管的叶片轴封型液态金属轴承及CT球管的制作方法

本发明涉及x射线管，特别是涉及一种适用于x射线管的叶片轴封型液态金属轴承及ct球管。

背景技术：

1、x射线管是x射线机、ct机等医疗设备上的关键部件，在外部高压的作用下，能够产生诸如x射线的辐射，当物体置于x射线管和探测器之间，该辐射将穿过物体并撞击在探测器上，由于物体的内部结构将影响辐射的空间变化，因此，探测器通过接收辐射的变化信号，并且可通过系统将辐射变化转换成图像信息，该图像信息可被用于评估物体的内部结构，该物体既可以是生命体也可以是无生命体。

2、x射线管包括处于高真空密闭环境内的阴极和阳极，x射线管的阴极在高压作用下，阴极灯丝产生的电子加速轰击到阳极靶盘上，从而产生x射线。在此过程中，只有1%的电子动能转变为x射线，剩余99%的能量全部转变成为热量，因此在电子轰击区域温度甚至可达到2600℃~2700℃，为了改善散热，高速旋转的阳极靶盘可以有效分散焦点位置的热量聚集。

3、旋转阳极组件主要由两部分组成：阳极靶和轴承系统，其中轴承系统包含定子和转子。阳极靶固定于转子上并置于真空中，定子线包通电产生磁场来驱动转子转动。机械上，转子一般大致分为两种：滚动轴承转子和滑动轴承转子。然而，从结构上来讲，转子作为运动部件必然会产生机械振动，通过刚性滚珠传递到转轴上最终传到管套部件上，中间几乎不存在缓冲和减震，所以滚珠轴承的转动必然会存在一个比较显著的噪音。从材料上来讲，轴承组件是纯金属复合结构，对热变形较敏感，过量的变形将导致滚珠以及内外沟道磨损加剧甚至轴承卡死，转轴能承受的温度一般不超过600℃，这就要求阳极和轴承转子之间的连接必须使用低导热效率的材料。另外，滚珠与内外沟道之间是点接触，一定程度上也减弱了阳极靶向转轴的热量传递，这也变相要求阳极靶具有更高的热辐射效率和储热能力。因此，随着高端医疗x射线影像系统对于更高功率和更快转速的要求，滚珠轴承的优势在满足更高端系统的需求上已经越来越不明显。

4、而液态流体动压滑动轴承的应用很好地解决了这些问题，但是这种轴承的引入并不是一蹴而就的。滑动轴承中必要的、用以形成液膜的流体材料，长时间以来一直困扰着这项技术在电真空领域的使用，它需要同时兼具导电性，耐高温，常温下即为流体状态，高沸点……直到液态金属合金被发明出来，它终于可以闪亮登场。这种液态金属合金一般由镓、锡、铟等几种低熔点金属组成，常温下即为流体，导电性佳，沸点又极高（接近2000℃），所以不易挥发，同时本身又是金属，导热性极佳。因此，液态金属轴承是目前替代滚珠轴承的主要方法。

5、在液态金属轴承运行前，须要在轴承杆和轴承套之间的微米级间隙中注入镓或镓基合金液态金属来替代传统滚珠。镓或镓基合金在室温下呈液态且在运行温度下具有足够低的蒸汽压以满足x射线管的高真空环境要求。液态金属轴承由于其低磨损的特性具有很长的试用寿命。

6、目前液态金属轴承的密封结构普遍采用迷宫密封的方式，在液态金属通过曲折的迷宫间隙时产生节流效应进行阻漏，但迷宫密封的效果有限，迷宫密封只能降低泄露风险，并不能完全防止液态金属的泄漏，泄漏出的液态金属亦不能回流到微米级间隙中。液态金属轴承的最终失效往往是由于液态金属的泄露导致轴承性能下降进而导致轴承卡死，并且泄露于x射线管的真空管腔的液态金属的会导致x射线管发生打火现象，从而影响ct机的正常使用。

7、现有专利文献（申请号：cn202311853322.6）公开了一种带回流孔平衡内压的液态金属轴承，其说明书第[0033]段描述到：由于直径的不同，径向内侧与径向外侧的液态金属滑移速度不同，会导致径向内外侧存在压力差，产生紊流，严重时会使液态金属溢出至轴承外部。基于此，其在限位环处采用类似迷宫结构的凹槽密封方式，不能完全防止液态金属的泄漏。

8、现有专利文献（申请号：cn202011577742.2）公开了一种液态金属轴承医用x射线管，其说明书第[0044]段描述到：轴承下连接环与轴杆之间须要设有第一节流器，防止液态金属溢出至x射线管的真空环境中，与此同时，轴杆的端部须要连接有吸收器，才能杜绝液态金属逃逸至x射线管的真空环境中。在液态金属轴承医用x射线管中，须要第一节流器的体积尺寸和吸收器的体积尺寸都比较小，且整体装配工艺比较复杂。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明要解决的技术问题在于提供一种适用于x射线管的叶片轴封型液态金属轴承及ct球管，能够将从轴封间隙泄漏出来的金属小液滴阻挡和/或拍打至轴封间隙和/或封盖，同时将真空管壳的管腔中可能存在的气体分子吸到轴封间隙和/或封盖的附近处，从而有效防止液态金属泄露，具有更好的动态密封效果。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供一种适用于x射线管的叶片轴封型液态金属轴承，所述叶片轴封型液态金属轴承设于x射线管的真空管壳内，所述叶片轴封型液态金属轴承包括：

3、构成定子的中心轴；

4、轴承套，轴承套用于同轴连接x射线管的旋转阳极，轴承套具有单侧开口的套腔，轴承套可转动地套设于中心轴，轴承套和中心轴之间存在液膜间隙，液膜间隙用于填充液态金属；

5、呈圆环状的封盖，封盖间隙套设于中心轴并且固定设置于轴承套的开口端以轴向约束所述中心轴，封盖的内周沿和中心轴的外周壁之间形成轴封间隙；

6、叶轮组件，叶轮组件包括挡液扇叶轮以及拍液扇叶轮，挡液扇叶轮和拍液扇叶轮沿中心轴轴向依次交错地同轴设置；挡液扇叶轮包括固定套设于中心轴的固定套环以及圆周阵列地设置于固定套环的多个挡液静叶片；拍液扇叶轮包括转动套环、环状法兰盘以及多个拍液动叶片，环状法兰盘固定设置于封盖，转动套环间隙套设于中心轴，所有拍液动叶片设于转动套环和环状法兰盘之间并且呈圆周阵列；

7、呈圆筒状的转子，转子同轴地固定设置于环状法兰盘；

8、当转子相对于中心轴高速旋转时，所有挡液扇叶轮相对于中心轴保持固定状态，转子、所有拍液扇叶轮以及轴承套同步高速旋转；挡液扇叶轮的挡液静叶片倾斜阻挡从轴封间隙泄漏出来的金属小液滴，拍液扇叶轮的拍液动叶片将从轴封间隙泄漏出来的金属小液滴拍打至轴封间隙和/或封盖。

9、进一步的，所述挡液扇叶轮的数量和所述拍液扇叶轮的数量相等且均为多个，轴向相邻的一个挡液扇叶轮和一个拍液扇叶轮共同构成一个轴封模组；在轴封模组中，挡液扇叶轮位于拍液扇叶轮的环状法兰盘内。

10、进一步的，所有拍液扇叶轮的环状法兰盘依次同轴固定连接。

11、进一步的，所述中心轴包括轴体部，轴体部的外周壁上设有第一凸环部和第二凸环部，第一凸环部被约束于轴承套和封盖之间，所述第二凸环部与最靠近封盖的挡液扇叶轮轴向止挡配合。

12、进一步的，所述挡液静叶片的扭转方向和拍液动叶片的扭转方向互为反向。

13、进一步的，所述挡液静叶片的叶根部相对于固定套环圆心轴的扭转角度为30～35度，所述挡液静叶片的叶顶部相对于挡液静叶片的叶根部的扭转角度为15～25度；所述拍液动叶片的叶根部相对于转动套环圆心轴的扭转角度为30～35度，所述拍液动叶片的叶顶部相对于拍液动叶片的叶根部的扭转角度为15～25度。

14、进一步的，所述转动套环和中心轴的间隙小于固定套环的厚度。

15、进一步的，所述封盖的内周沿镀敷疏液材料层，所述中心轴靠近封盖内周沿的表面镀敷疏液材料层，疏液材料层用于避免液态金属浸润。

16、本发明还提供一种ct球管，包括：

17、真空管壳，真空管壳的管腔形成真空环境；

18、阴极绝缘端封组件，阴极绝缘端封组件设于真空管壳的一端；

19、阴极组件，阴极组件设于阴极绝缘端封组件上并且位于所述管腔中；

20、阳极绝缘端封组件，阳极绝缘端封组件设于真空管壳的另一端；

21、旋转阳极组件，旋转阳极组件包括旋转阳极以及所述适用于x射线管的叶片轴封型液态金属轴承，旋转阳极可拆卸连接于叶片轴封型液态金属轴承的轴承套。

22、进一步的，所述旋转阳极、所述轴承套、所述拍液扇叶轮的环状法兰盘以及转子通过螺栓组件可拆卸相连。

23、如上所述，本发明的适用于x射线管的叶片轴封型液态金属轴承及ct球管，具有以下有益效果：在本发明的适用于x射线管的叶片轴封型液态金属轴承中，由于封盖的内周沿和中心轴的外周壁之间形成轴封间隙，轴封间隙有可能会逃逸出金属小液滴。在靠近所述轴封间隙的位置安装保持静态的一级或多级挡液扇叶轮以及可旋转的一级或多级拍液扇叶轮。挡液扇叶轮和拍液扇叶轮沿中心轴轴向依次交错地同轴设置，这样能够形成多道防止液态金属泄漏的结构。挡液扇叶轮的固定套设于中心轴，这样挡液扇叶轮相对于中心轴保持静止状态；拍液扇叶轮的环状法兰盘固定设置于封盖，转动套环间隙套设于中心轴，这样拍液扇叶轮、封盖、轴承套以及转子可同步高速旋转。当转子相对于中心轴高速旋转时，所有挡液扇叶轮相对于中心轴保持固定状态，转子、所有拍液扇叶轮以及轴承套同步高速旋转；挡液扇叶轮的挡液静叶片倾斜阻挡从轴封间隙泄漏出来的金属小液滴，拍液扇叶轮的拍液动叶片将从轴封间隙泄漏出来的金属小液滴拍打至轴封间隙和/或封盖。挡液扇叶轮和拍液扇叶轮的交替方式能够更加有效地防止液态金属泄露。此外，倘若所述真空管壳的管腔中存在气体分子，叶轮组件能够将这些气体分子吸到轴封间隙和/或封盖的附近处，或多或少对液态金属的泄露形成阻力。因此，本发明的适用于x射线管的叶片轴封型液态金属轴承能够有效防止液态金属泄露，具有更好的动态密封效果。